Resposta rápida: Aumentar a profundidade de termoformagem geralmente aumenta o estiramento do material e torna a distribuição da espessura da parede menos uniforme. Em uma folha de barreira multicamadas, as camadas estruturais, de vedação e de barreira podem ficar mais finas, especialmente nas paredes laterais inferiores, cantos inferiores e outras zonas de alta tensão. Por esse motivo, os dados de OTR ou WVTR da folha plana, por si só, não garantem o desempenho da bandeja moldada. O molde, o perfil de aquecimento, o método de moldagem, o sistema de vedação e as condições de teste da embalagem final devem ser avaliados em conjunto.
Este guia sobre profundidade de termoformagem explica como o afinamento localizado da camada afeta as chapas de termoformagem de PET/EVOH/PE e outras chapas de barreira, o que os compradores devem medir após a termoformagem e quais detalhes do projeto um fornecedor de materiais precisa antes de recomendar uma estrutura.
Principais conclusões
- A profundidade de estampagem é apenas uma parte do desafio de conformação. As dimensões da abertura, as dimensões do fundo, o raio do canto, o ângulo da parede e a área total da superfície conformada também afetam a distribuição do material.
- A espessura média pode mascarar a zona mais frágil. Uma bandeja pode atingir a espessura média desejada, mesmo que um canto inferior ou uma parede lateral inferior seja consideravelmente mais fina.
- Todas as camadas funcionais são afetadas. Em uma estrutura multicamadas, o afinamento localizado pode reduzir a espessura efetiva da camada de barreira de EVOH, da camada de vedação de PE e também da camada estrutural.
- Os dados de barreira para folhas planas e os dados de barreira para embalagens moldadas são especificações diferentes. É necessário informar as condições de teste, a temperatura, a umidade relativa, a área exposta e a geometria da embalagem.
- A integridade da vedação continua sendo essencial. Uma base de alta barreira não pode compensar vazamentos no canal, contaminação da flange ou uma película de cobertura incompatível.
- Não existe uma profundidade máxima de estampagem universal. A adequação deve ser verificada considerando a classe, a estrutura, o molde e o processo de conformação especificados.
O que significam profundidade de termoformagem e afinamento de camada?
A profundidade de estampagem é a distância vertical que a chapa aquecida deve percorrer para se moldar na cavidade do molde. Uma cavidade mais profunda geralmente requer maior estiramento, mas a profundidade por si só não descreve a geometria completa.
O afinamento da camada é a redução na espessura que ocorre à medida que o material é redistribuído sobre uma superfície tridimensional maior. Na termoformagem real, essa redução raramente é uniforme. A flange geralmente retém mais da espessura original, enquanto as paredes laterais, as áreas de transição e os cantos podem receber menos material.
A profundidade do draw não é a mesma coisa que a proporção do draw.
A taxa de embutimento é usada para descrever a demanda de conformação criada pela geometria da peça. No entanto, diferentes empresas e fornecedores de equipamentos podem calculá-la de maneiras diferentes — por exemplo, comparando a profundidade com as dimensões da abertura ou comparando a área da superfície conformada com a área projetada da abertura. Quando um comprador fornece apenas um valor de taxa de embutimento, o método de cálculo também deve ser especificado.
Para uma análise de materiais útil, envie o desenho da cavidade ou, pelo menos, as dimensões da abertura (comprimento e largura), da base (comprimento e largura), da profundidade, dos raios dos cantos e dos ângulos das paredes. Essas dimensões revelam muito mais do que apenas a profundidade.
Em que parte da espessura de uma bandeja termoformada costuma ser menor?
A distribuição exata depende do material, do molde e do processo, mas as seguintes zonas merecem inspeção específica:
| Zona da bandeja | Condições típicas de formação | Por que isso importa |
|---|---|---|
| Flange | Geralmente esticado menos que a cavidade | A planicidade e o suporte de vedação adequado são cruciais. |
| Parede lateral superior | Movimentação moderada de materiais | O aquecimento irregular pode criar variações na espessura das válvulas ao redor do perímetro. |
| parede lateral inferior | Frequentemente exposto a alongamentos maiores | O afinamento localizado pode reduzir a rigidez e a espessura da camada de barreira. |
| Canto inferior | Zona de transição de alta deformação, especialmente com raio pequeno. | Frequentemente, um ponto crítico para espessura mínima, aparência e continuidade da barreira. |
| Fundo da bandeja | A distribuição depende do pré-estiramento, do contato do plugue e da geometria do molde. | Uma base com aparência aceitável não comprova que os cantos sejam suficientemente espessos. |
Uma única medição de espessura na flange ou no centro da base não é suficiente. Um mapa prático de espessura de parede deve incluir várias posições repetíveis ao redor da bandeja.
Como o afinamento afeta uma estrutura de barreira multicamadas
Uma denominação comercial como "folha de alta barreira PET/EVOH/PE" é frequentemente uma descrição simplificada. A estrutura de produção pode incluir camadas adicionais de interface PE ou camadas de ligação necessárias para uma adesão confiável. Os compradores devem confirmar a ordem completa das camadas, qual superfície entra em contato com o produto e qual superfície será selada.
Em uma estrutura típica de termoformagem de alta barreira à base de PET:
- O PET proporciona a principal rigidez, transparência e suporte para termoformagem.
- O EVOH oferece desempenho de barreira contra oxigênio e gases e normalmente é protegido dentro da estrutura multicamadas, pois sua barreira é sensível à umidade.
- O PE pode proteger a camada de barreira e fornecer uma superfície compatível com vedação ou resistente à umidade, dependendo da qualidade e do design da embalagem.
- As camadas de ligação ou interface , quando utilizadas, ajudam a manter a adesão entre as camadas durante a laminação, a conformação e o manuseio.
Durante a termoformagem, essas camadas são esticadas juntas, mas sua distribuição local final pode não ser idêntica à proporção nominal das camadas da folha plana. A questão de engenharia mais importante não é simplesmente “Qual a porcentagem de EVOH na folha plana?”. É:
A camada de barreira permanece contínua e suficientemente distribuída nas zonas mais finas formadas sob as condições reais de processo e armazenamento?
É por isso que duas chapas com espessura total ou teor de EVOH semelhantes podem apresentar desempenhos diferentes após a moldagem. O tipo de resina, o design das camadas, a adesão entre as camadas, a umidade, o aquecimento, a geometria do molde e a distribuição do material são fatores importantes.
Por que o desempenho de placas planas com OTR e WVTR não é equivalente ao de bandejas moldadas?
O OTR mede a taxa de transmissão de oxigênio, enquanto o WVTR mede a taxa de transmissão de vapor de água. Ambos os resultados só são significativos quando o método e as condições do teste são identificados.
1. A base das mudanças de resultado
Uma folha plana pode ser relatada em unidades baseadas em área, enquanto uma bandeja moldada pode ser testada como uma embalagem completa ou bandeja aberta. A geometria da embalagem, a área exposta e a configuração de selagem alteram a base de comparação. Um comprador nunca deve comparar dois valores principais sem confirmar se eles representam material plano, uma bandeja moldada ou uma embalagem selada.
2. A espessura local deixou de ser uniforme.
A transmissão de gás é afetada pela espessura e continuidade da barreira. Após a termoformagem, um canto mais fino que a parede circundante pode se tornar um ponto fraco localizado da embalagem, mesmo que a espessura média da bandeja pareça aceitável.
3. O EVOH reage à umidade
O EVOH é valorizado por seu desempenho como barreira de oxigênio, mas seu desempenho se altera com a exposição à umidade. Portanto, as solicitações de OTR (taxa de transmissão de oxigênio) devem especificar a temperatura e a umidade relativa. As condições relevantes podem incluir o lado do produto, o ambiente externo e o ciclo de armazenamento em temperatura ambiente ou na cadeia de frio pretendido.
4. O sistema de vedação pode determinar o resultado.
Para uma bandeja selada, a barreira da base é apenas um dos fatores que influenciam o desempenho da embalagem. A barreira da película de cobertura, a compatibilidade do selante, a planicidade da flange, a temperatura de selagem, a pressão, o tempo de contato e a contaminação também influenciam a integridade da embalagem. Um microvazamento pode comprometer uma estrutura de barreira que, de outra forma, seria adequada.
Para uma introdução mais abrangente às condições de teste, consulte o guia de embalagens OTR e WVTR da WANSYN.
Quais variáveis controlam a distribuição da espessura da parede?
| Variável | Efeito potencial | O que gravar durante um julgamento |
|---|---|---|
| Profundidade e área da superfície da cavidade | Maior demanda de materiais e maior risco de afinamento localizado. | Desenho da peça real e espessura mínima da parede medida |
| Raio do canto e ângulo da parede | Raios pequenos e transições íngremes podem concentrar a tensão. | Aparência dos cantos, branqueamento e medição local. |
| Perfil de temperatura da folha | Alterações no fluxo de material e na distribuição do estiramento | Configurações de zona, método de temperatura da folha e tempo de aquecimento |
| Uniformidade de aquecimento | Áreas quentes ou frias podem criar formações irregulares. | Mapa de espessura em torno de todas as cavidades e direção da máquina |
| Assistência de conexão | Permite pré-esticar e redistribuir o material antes da conformação final. | Material do plugue, temperatura, velocidade, profundidade e marcas de contato |
| Pressão de vácuo/ar e temporização | Afeta a rapidez e o ponto de contato da folha com o molde. | Sequência de pressão, temporização e repetibilidade |
| bitola inicial da folha | Alterar o material disponível não garante, por si só, a uniformidade. | Perfil de calibre de entrada e espessura mínima formada |
| Estrutura em camadas e adesão | Afeta a resposta de formação e a resistência à delaminação. | Ordem das camadas, orientação da superfície e condição de ligação pós-formação |
| Velocidade do ciclo e resfriamento | Influências na deformação, contração e estabilidade dimensional | Tempo de ciclo, temperatura do molde, planicidade da flange e dimensões da bandeja. |
Ajustar um parâmetro pode afetar outro. Por exemplo, alterar a temperatura da chapa pode melhorar a distribuição nos cantos, mas alterar a transparência, a estabilidade da flange ou o comportamento de desmoldagem. Portanto, os testes devem utilizar um registro controlado em vez de alterar várias configurações simultaneamente.
Um Plano Prático de Validação para Folhas Termoformadas com Barreira
- Defina a meta para a embalagem final. Indique o produto, as condições ambientais da embalagem, a temperatura de armazenamento, a exposição à umidade, o prazo de validade desejado e o sistema de selagem. O prazo de validade desejado é uma entrada para a aplicação, não uma garantia do produto.
- Documente a folha recebida. Registre a estrutura completa, a orientação das camadas, o perfil de espessura total, a largura do rolo, a condição da superfície e as condições aplicáveis do teste OTR/WVTR para folhas planas.
- Execute o teste com o molde real. Utilize configurações de produção representativas, e não apenas um copo raso de laboratório, quando a bandeja comercial for profunda ou geometricamente complexa.
- Mapeie a espessura formada. Meça a flange, a parede superior, a parede inferior, o canto inferior e o fundo em posições definidas em diversas cavidades e ciclos.
- Inspecione as camadas e o estado de adesão. Verifique se há esbranquiçamento, distorção da superfície, poros, rachaduras, separação entre camadas ou danos na camada de selagem.
- Avalie a janela de vedação. Teste a película de cobertura pretendida em condições relevantes de temperatura, pressão e tempo de permanência, incluindo contaminação realista da flange quando exigido pela aplicação.
- Teste a bandeja moldada ou a embalagem completa. Confirme se o resultado desejado é OTR, WVTR, integridade de vazamento, resistência da selagem, ruptura, penetração de corante ou outro método acordado. Registre a temperatura, a umidade relativa e a base do teste.
- Repita após o aumento de escala. A produção com múltiplas cavidades, a velocidade da linha, a troca de rolos e a variação normal da espessura podem revelar problemas que não são visíveis em um único teste inicial.
Problemas comuns e o que verificar primeiro
| Problema observado | Possíveis colaboradores | Primeiras verificações |
|---|---|---|
| Os cantos inferiores são muito finos. | Alta demanda de tração, raio pequeno, distribuição de temperatura ou pré-estiramento insuficiente. | Mapeie o medidor local; revise a geometria, o aquecimento por zona e as configurações de assistência de conexão. |
| A taxa de transmissão de oxigênio (OTR) da bandeja moldada é maior do que o esperado. | A redução da espessura da camada de barreira, a umidade, uma área exposta maior, defeitos ou incompatibilidade com a base de teste podem ser fatores contribuintes. | Confirme as condições; compare as bases planas e moldadas; inspecione as zonas mais finas. |
| A bandeja passa no teste de barreira, mas a embalagem falha. | Barreira de cobertura, vazamento no canal, contaminação da flange ou incompatibilidade entre a vedação e a janela. | Realizar testes de integridade da vedação e compatibilidade da tampa |
| Branqueamento ou estresse visual | Temperatura do material, tensão local excessiva ou incompatibilidade estrutural | Analise o perfil de calor, o raio do canto e a orientação das camadas. |
| Delaminação após a formação | Projeto da interface, condições de laminação, umidade ou tensão excessiva | Inspecione a ordem das camadas, a resistência da ligação e as configurações reais de moldagem. |
| Uma cavidade difere da outra. | Variações no aquecedor, fluxo de ar, resfriamento do molde, pressão ou manômetro de entrada | Compare os mapas de espessura cavidade por cavidade e as posições na direção da máquina. |
Perguntas frequentes
Uma porcentagem mais alta de EVOH sempre proporciona melhor desempenho de barreira após a termoformagem?
Não. O teor de EVOH é apenas uma das variáveis de projeto. Qualidade, espessura e continuidade da camada de barreira, umidade, estrutura total, profundidade de formação, afinamento local, integridade da vedação e condições de teste, todos afetam o resultado final.
Um fornecedor pode fornecer um valor fixo de OTR ou WVTR após a termoformagem?
Não é possível garantir a confiabilidade sem uma bandeja e uma base de teste definidas. O resultado depende da geometria do molde, da distribuição do material, das configurações do processo, da temperatura, da umidade relativa, da vedação e se o teste é realizado em uma folha plana, em uma bandeja moldada ou em uma embalagem completa.
Existe uma profundidade máxima universal de estampagem para chapas de PET/EVOH/PE?
Não. A mesma profundidade pode representar demandas de conformação muito diferentes em uma bandeja larga, um copo estreito ou uma peça com raios de canto pequenos. A geometria, a estrutura, a espessura, o equipamento e o processo reais devem ser testados em conjunto.
Aumentar a espessura total da chapa pode resolver o problema do afinamento dos cantos?
Pode aumentar a quantidade de material disponível, mas não corrige automaticamente a má distribuição. O aquecimento, o pré-estiramento, o auxílio na inserção do plugue, o design dos cantos e o sincronismo ainda podem precisar de ajustes.
O teste de OTR deve ser feito antes ou depois da termoformagem?
Os testes em chapa plana são úteis para o controle de materiais recebidos. Para bandejas com desempenho crítico, também são necessários testes em bandejas moldadas ou embalagens acabadas, pois a termoformagem altera a distribuição da espessura e a geometria da embalagem.
O auxílio de plugue sempre melhora o desempenho da barreira?
O auxílio de plugue pode melhorar a distribuição de material em muitas aplicações de estampagem profunda, mas o resultado depende do formato do plugue, da temperatura, da velocidade, da sincronização, do atrito do material e do projeto do molde. É necessário otimizar e verificar esses fatores, em vez de presumir.
Que informações devo enviar antes de solicitar uma amostra de folha de barreira?
Envie as informações sobre o uso final, a estrutura do material, a espessura total, a largura, o desenho da bandeja, a profundidade da cavidade, o raio do canto, o método de formação, o filme de cobertura, as condições de armazenamento, a meta de OTR/WVTR com as condições de teste e o volume estimado.
Solicite uma avaliação de estrutura de alta barreira.
A WANSYN fornece chapas termoformáveis à base de PET e estruturas laminadas funcionais, incluindo opções de projetos em PET/PE e PET/PE/EVOH/PE. A seleção de materiais deve começar considerando a bandeja final e o sistema de vedação, e não apenas a porcentagem de EVOH.
Para uma avaliação inicial, envie:
- Produto embalado e formato de embalagem alvo;
- Estrutura da chapa, espessura e largura;
- desenho da bandeja ou abertura, dimensões da base, profundidade e cantos;
- Máquina de termoformagem e método de moldagem;
- película de cobertura e requisitos de vedação;
- OTR/WVTR alvo, método de teste, temperatura e umidade relativa;
- Condições de armazenamento e volume mensal estimado.
Analise a folha termoformável de alta barreira PET/EVOH/PE , o guia de estrutura PET/EVOH/PE e a lista de verificação para solicitação de cotação de folhas termoformáveis . Você também pode entrar em contato com a WANSYN para uma análise do seu projeto.
Referências técnicas
- Buntinx, M. et al. Previsão da barreira de gás em bandejas multicamadas termoformadas com profundidade variável , Polymers . O estudo avalia a distribuição da espessura e a taxa de transmissão de oxigênio (OTR) após a termoformagem.
- Pettersen, MK et al. Propriedades de barreira ao oxigênio de bandejas termoformadas fabricadas com diferentes métodos e profundidades de estampagem . O trabalho examina a espessura da parede em múltiplas posições da bandeja e o efeito da profundidade de estampagem e das condições de teste.
Nota técnica: Este artigo fornece uma estrutura para a seleção de materiais. A adequação final, o desempenho de barreira, a documentação para contato com alimentos e a conformidade regulamentar devem ser confirmados para a classe, estrutura, mercado, processo de conversão e embalagem final específicos.
